JPH05302135A - Ｓｉ３ Ｎ４ 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ強化複合材料用Ａｌ合金マトリックス - Google Patents
Ｓｉ３ Ｎ４ 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ強化複合材料用Ａｌ合金マトリックスInfo
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- JPH05302135A JPH05302135A JP13420292A JP13420292A JPH05302135A JP H05302135 A JPH05302135 A JP H05302135A JP 13420292 A JP13420292 A JP 13420292A JP 13420292 A JP13420292 A JP 13420292A JP H05302135 A JPH05302135 A JP H05302135A
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- aluminum borate
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 Ｓｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ
を強化材とするＡｌ合金複合材料の強度を向上させる。 【構成】 表面にＳｉ3 Ｎ4 被覆層を有するホウ酸アル
ミニウムウイスカを強化材とする複合材料用Ａｌ合金マ
トリックス。Ａｌ合金マトリックスは３〜６wt％のＣｕ
及び２．２〜４wt％のＭｇ、又は３〜６wt％のＣｕ、
２．２〜４wt％のＭｇ、０．４〜０．８wt％のＭｎ、
０．２〜０．６wt％のＦｅを含有している。
を強化材とするＡｌ合金複合材料の強度を向上させる。 【構成】 表面にＳｉ3 Ｎ4 被覆層を有するホウ酸アル
ミニウムウイスカを強化材とする複合材料用Ａｌ合金マ
トリックス。Ａｌ合金マトリックスは３〜６wt％のＣｕ
及び２．２〜４wt％のＭｇ、又は３〜６wt％のＣｕ、
２．２〜４wt％のＭｇ、０．４〜０．８wt％のＭｎ、
０．２〜０．６wt％のＦｅを含有している。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複合材料に係り、更に
詳細にはＳｉ3 Ｎ4 被覆層を有するホウ酸アルミニウム
ウイスカを強化材とする複合材料のためのＡｌ合金マト
リックスに係る。
詳細にはＳｉ3 Ｎ4 被覆層を有するホウ酸アルミニウム
ウイスカを強化材とする複合材料のためのＡｌ合金マト
リックスに係る。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌ基複合材料の一つとして、例えば平
成２年４月２３日に軽金属学会複合材料部会のぬれ性分
科会委員会に於て頒布された「ウイスカ強化アルミニウ
ム基複合材料における界面構造」と題する記事に記載さ
れている如く、ホウ酸アルミニウムウイスカ（アルミナ
−ボリアウイスカ）を強化材とし、Ａ６０６１合金やＪ
ＩＳ規格ＡＣ８Ａ合金の如きＡｌ合金をマトリックスと
するＡｌ基複合材料は既に知られている。
成２年４月２３日に軽金属学会複合材料部会のぬれ性分
科会委員会に於て頒布された「ウイスカ強化アルミニウ
ム基複合材料における界面構造」と題する記事に記載さ
れている如く、ホウ酸アルミニウムウイスカ（アルミナ
−ボリアウイスカ）を強化材とし、Ａ６０６１合金やＪ
ＩＳ規格ＡＣ８Ａ合金の如きＡｌ合金をマトリックスと
するＡｌ基複合材料は既に知られている。
【０００３】また本願出願人と他の二の出願人との共同
出願にかかる特願平３−１９０５９１号の明細書及び図
面には、ＢはＭｇに比して酸化物形成傾向が小さいの
で、ホウ酸アルミニウムウイスカ（９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ
2 Ｏ3 ）中のＢ2 Ｏ3 が Ｂ2 Ｏ3 ＋３Ｍｇ→３ＭｇＯ＋２Ｂ に従ってＡｌ合金中のＭｇと反応し、これによりウイス
カの表面にスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）層が生成す
ると共にウイスカの強度が大幅に低下し、そのため複合
材料の強度が低下することがあり、かかる問題の発生を
防止するためにはホウ酸アルミニウムウイスカの表面に
Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を形成することが有効であることが既
に開示されている。
出願にかかる特願平３−１９０５９１号の明細書及び図
面には、ＢはＭｇに比して酸化物形成傾向が小さいの
で、ホウ酸アルミニウムウイスカ（９Ａｌ2 Ｏ3 ・２Ｂ
2 Ｏ3 ）中のＢ2 Ｏ3 が Ｂ2 Ｏ3 ＋３Ｍｇ→３ＭｇＯ＋２Ｂ に従ってＡｌ合金中のＭｇと反応し、これによりウイス
カの表面にスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ2 Ｏ3 ）層が生成す
ると共にウイスカの強度が大幅に低下し、そのため複合
材料の強度が低下することがあり、かかる問題の発生を
防止するためにはホウ酸アルミニウムウイスカの表面に
Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を形成することが有効であることが既
に開示されている。
【０００４】かくして表面にＳｉ3 Ｎ4 被覆層が形成さ
れたホウ酸アルミニウムウイスカ（本願に於てはＳｉ3
Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカという）によれ
ば、Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層はＭｇを含有する溶融Ａｌ合金等
に対しても安定であり、Ｓｉ3Ｎ4 被覆層によりホウ酸
アルミニウムウイスカ中のＢ2 Ｏ3 とマトリックス中の
Ｍｇとが反応することが抑制されるので、スピネル層の
生成及びこれに起因するウイスカの強度低下を回避し、
これによりホウ酸アルミニウムウイスカ強化軽金属複合
材料の強度低下を防止することができる。
れたホウ酸アルミニウムウイスカ（本願に於てはＳｉ3
Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカという）によれ
ば、Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層はＭｇを含有する溶融Ａｌ合金等
に対しても安定であり、Ｓｉ3Ｎ4 被覆層によりホウ酸
アルミニウムウイスカ中のＢ2 Ｏ3 とマトリックス中の
Ｍｇとが反応することが抑制されるので、スピネル層の
生成及びこれに起因するウイスカの強度低下を回避し、
これによりホウ酸アルミニウムウイスカ強化軽金属複合
材料の強度低下を防止することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし上述の如き高性
能のＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカを強化
材としＡｌ合金をマトリックスとする複合材料に於て、
その強度をできるだけ向上させるためにはマトリックス
として如何なる組成のＡｌ合金が最適であるかについて
は未だ十分な検討は行われていない。
能のＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカを強化
材としＡｌ合金をマトリックスとする複合材料に於て、
その強度をできるだけ向上させるためにはマトリックス
として如何なる組成のＡｌ合金が最適であるかについて
は未だ十分な検討は行われていない。
【０００６】本願発明者は、Ｓｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アル
ミニウムウイスカにより複合強化されるＡｌ合金マトリ
ックスとして如何なる組成のＡｌ合金が最適であるかに
ついて種々の実験的検討を行った結果、Ａｌ合金マトリ
ックスは所定量のＣｕ及びＭｇを含有していることが好
ましく、更には所定量のＭｎ及びＦｅを含有しているこ
とが好ましいことを見出した。
ミニウムウイスカにより複合強化されるＡｌ合金マトリ
ックスとして如何なる組成のＡｌ合金が最適であるかに
ついて種々の実験的検討を行った結果、Ａｌ合金マトリ
ックスは所定量のＣｕ及びＭｇを含有していることが好
ましく、更には所定量のＭｎ及びＦｅを含有しているこ
とが好ましいことを見出した。
【０００７】本発明は、本願発明者が行った実験的検討
の結果得られた知見に基き、Ｓｉ3Ｎ4 被覆ホウ酸アル
ミニウムウイスカを強化材とする複合材料に最適の組成
のＡｌ合金マトリックスを提供することを目的としてい
る。
の結果得られた知見に基き、Ｓｉ3Ｎ4 被覆ホウ酸アル
ミニウムウイスカを強化材とする複合材料に最適の組成
のＡｌ合金マトリックスを提供することを目的としてい
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の如き目的は、本発
明によれば、Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を有するホウ酸アルミニ
ウムウイスカを強化材とする複合材料用Ａｌ合金マトリ
ックスであって、３〜６wt％のＣｕ及び２〜４wt％のＭ
ｇを含有するＡｌ合金マトリックス、及びＳｉ3 Ｎ4 被
覆層を有するホウ酸アルミニウムウイスカを強化材とす
る複合材料用Ａｌ合金マトリックスであって、３〜６wt
％のＣｕ、２．２〜４wt％のＭｇ、０．４〜０．８wt％
のＭｎ、０．２〜０．６wt％のＦｅを含有するＡｌ合金
マトリックスによって達成される。
明によれば、Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を有するホウ酸アルミニ
ウムウイスカを強化材とする複合材料用Ａｌ合金マトリ
ックスであって、３〜６wt％のＣｕ及び２〜４wt％のＭ
ｇを含有するＡｌ合金マトリックス、及びＳｉ3 Ｎ4 被
覆層を有するホウ酸アルミニウムウイスカを強化材とす
る複合材料用Ａｌ合金マトリックスであって、３〜６wt
％のＣｕ、２．２〜４wt％のＭｇ、０．４〜０．８wt％
のＭｎ、０．２〜０．６wt％のＦｅを含有するＡｌ合金
マトリックスによって達成される。
【０００９】
【作用】本発明によれば、Ａｌ合金マトリックスは３〜
６wt％のＣｕ及び２〜４wt％のＭｇ、又は３〜６wt％の
Ｃｕ、２．２〜４wt％のＭｇ、０．４〜０．８wt％のＭ
ｎ、０．２〜０．６wt％のＦｅを含有するので、理由は
明確ではないが、後に詳細に説明する如く、Ｓｉ3 Ｎ4
被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ強化Ａｌ合金複合材料
の曲げ強さの如き強度が向上される。
６wt％のＣｕ及び２〜４wt％のＭｇ、又は３〜６wt％の
Ｃｕ、２．２〜４wt％のＭｇ、０．４〜０．８wt％のＭ
ｎ、０．２〜０．６wt％のＦｅを含有するので、理由は
明確ではないが、後に詳細に説明する如く、Ｓｉ3 Ｎ4
被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ強化Ａｌ合金複合材料
の曲げ強さの如き強度が向上される。
【００１０】
【課題を解決するための手段の補足説明】本願発明者が
行った実験的研究の結果によれば、本発明のＡｌ合金マ
トリックスを複合強化するＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミ
ニウムウイスカのＳｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さが０．０５μ
m 未満である場合には被覆層を形成する効果が不十分で
あり、逆にＳｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さが０．６μm を越え
るとホウ酸アルミニウムウイスカ自体の強度が低下し、
そのため複合材料の強度が低下する。従って本発明のＡ
ｌ合金マトリックスを複合強化するＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ
酸アルミニウムウイスカのＳｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さは
０．０５〜０．６μm に設定されることが好ましい。
行った実験的研究の結果によれば、本発明のＡｌ合金マ
トリックスを複合強化するＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミ
ニウムウイスカのＳｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さが０．０５μ
m 未満である場合には被覆層を形成する効果が不十分で
あり、逆にＳｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さが０．６μm を越え
るとホウ酸アルミニウムウイスカ自体の強度が低下し、
そのため複合材料の強度が低下する。従って本発明のＡ
ｌ合金マトリックスを複合強化するＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ
酸アルミニウムウイスカのＳｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さは
０．０５〜０．６μm に設定されることが好ましい。
【００１１】また本願発明者が行った実験的研究の結果
によれば、本発明のＡｌ合金マトリックスを複合強化す
るＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率
が１５％未満である場合にはウイスカによる複合強化の
効果が不十分であり、逆にウイスカの体積率が４５％を
越えると複合材料の強度が低下する。従って本発明のＡ
ｌ合金マトリックスを複合強化するＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ
酸アルミニウムウイスカの体積率は１５〜４５％に設定
されることが好ましい。
によれば、本発明のＡｌ合金マトリックスを複合強化す
るＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率
が１５％未満である場合にはウイスカによる複合強化の
効果が不十分であり、逆にウイスカの体積率が４５％を
越えると複合材料の強度が低下する。従って本発明のＡ
ｌ合金マトリックスを複合強化するＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ
酸アルミニウムウイスカの体積率は１５〜４５％に設定
されることが好ましい。
【００１２】またＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウ
イスカの製造方法及びＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウ
ムウイスカのプリフォームの製造方法については、本願
出願人と同一の出願人の出願にかかる特願平３−９３７
１２号明細書及び図面に詳細に記載されている。
イスカの製造方法及びＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウ
ムウイスカのプリフォームの製造方法については、本願
出願人と同一の出願人の出願にかかる特願平３−９３７
１２号明細書及び図面に詳細に記載されている。
【００１３】
【実施例】以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施
例について詳細に説明する。
例について詳細に説明する。
【００１４】実施例１ まずホウ酸アルミニウムウイスカ（四国化成工業株式会
社製「アルボレックスＧ」、ウイスカ径０．５〜１μm
、ウイスカ長１０〜３０μm ）とヒュームドシリカと
を所定の比率にて混合し、該混合物を炭化水素ガスとア
ンモニアガスとの混合ガス中にて１４００℃に加熱し、
これにより図１に示されている如くホウ酸アルミニウム
ウイスカ１０の表面に厚さ０．４μm のＳｉ3 Ｎ4 被覆
層１１を形成した。
社製「アルボレックスＧ」、ウイスカ径０．５〜１μm
、ウイスカ長１０〜３０μm ）とヒュームドシリカと
を所定の比率にて混合し、該混合物を炭化水素ガスとア
ンモニアガスとの混合ガス中にて１４００℃に加熱し、
これにより図１に示されている如くホウ酸アルミニウム
ウイスカ１０の表面に厚さ０．４μm のＳｉ3 Ｎ4 被覆
層１１を形成した。
【００１５】次いで図２に示されている如く、かくして
形成されたＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ
１０Ａを蒸溜水１２中に投入し、ウイスカが十分解繊さ
れるまでプロペラ１４により蒸溜水及びウイスカを撹拌
した後、ウイスカを成形治具内へ移して圧縮成形を行う
ことにより１００×３８×１６mmの寸法を有する成形体
を形成し、成形体を治具ごと−５０℃に維持された冷凍
庫に入れ、その状態を成形体中の水分が十分に凍結する
まで保持した。
形成されたＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ
１０Ａを蒸溜水１２中に投入し、ウイスカが十分解繊さ
れるまでプロペラ１４により蒸溜水及びウイスカを撹拌
した後、ウイスカを成形治具内へ移して圧縮成形を行う
ことにより１００×３８×１６mmの寸法を有する成形体
を形成し、成形体を治具ごと−５０℃に維持された冷凍
庫に入れ、その状態を成形体中の水分が十分に凍結する
まで保持した。
【００１６】次いで成形体を治具より取出し、しかる後
図３に示されている如く、内のり寸法が３８×１６mmで
あり、長さが１４０mmであり、両端にて開口し、一端に
錘り１６が一体に設けられたステンレス鋼（ＪＩＳ規格
ＳＵＳ３０４）製のケース１８内に上述の如く形成され
た成形体２０を充填した。次いで成形体をケースごとヒ
ータによって加熱することにより成形体を十分に乾燥さ
せ、これによりＳｉ3Ｎ4 被覆層を有するホウ酸アルミ
ニウムウイスカよりなりウイスカの体積率が３０％であ
る成形体を形成した。
図３に示されている如く、内のり寸法が３８×１６mmで
あり、長さが１４０mmであり、両端にて開口し、一端に
錘り１６が一体に設けられたステンレス鋼（ＪＩＳ規格
ＳＵＳ３０４）製のケース１８内に上述の如く形成され
た成形体２０を充填した。次いで成形体をケースごとヒ
ータによって加熱することにより成形体を十分に乾燥さ
せ、これによりＳｉ3Ｎ4 被覆層を有するホウ酸アルミ
ニウムウイスカよりなりウイスカの体積率が３０％であ
る成形体を形成した。
【００１７】次いで成形体をケースごと６００℃に１時
間予熱した後、図４に示されている如く成形体２０をケ
ースごと高圧鋳造装置２２の鋳型２４内に配置し、該鋳
型内に８００℃のＡｌ合金（Ａｌ−２〜８wt％Ｃｕ−０
〜５wt％Ｍｇ、Ｃｕ含有量及びＭｇ含有量は０．５wt％
ごと）の溶湯２６を注湯し、該溶湯を鋳型に嵌合するプ
ランジャ２８により約１０００kgf ／cm2 の圧力にて加
圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持し
た。溶湯が完全に凝固した後、ノックアウトピン３０に
より鋳型２４より凝固体を取出し、該凝固体に対し機械
加工を施すことによりＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウ
ムウイスカにて複合強化されたＡｌ合金よりなる複合材
料を切出し、複合材料に対し熱処理Ｔ６を施した。
間予熱した後、図４に示されている如く成形体２０をケ
ースごと高圧鋳造装置２２の鋳型２４内に配置し、該鋳
型内に８００℃のＡｌ合金（Ａｌ−２〜８wt％Ｃｕ−０
〜５wt％Ｍｇ、Ｃｕ含有量及びＭｇ含有量は０．５wt％
ごと）の溶湯２６を注湯し、該溶湯を鋳型に嵌合するプ
ランジャ２８により約１０００kgf ／cm2 の圧力にて加
圧し、その加圧状態を溶湯が完全に凝固するまで保持し
た。溶湯が完全に凝固した後、ノックアウトピン３０に
より鋳型２４より凝固体を取出し、該凝固体に対し機械
加工を施すことによりＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウ
ムウイスカにて複合強化されたＡｌ合金よりなる複合材
料を切出し、複合材料に対し熱処理Ｔ６を施した。
【００１８】次いで各複合材料より曲げ試験片を形成
し、各試験片について支点間距離４０mm、室温にて３点
曲げ試験を行った。これらの試験の結果を図５に示す。
尚図５に於て、一点鎖線、実線、破線はそれぞれ曲げ強
さが８５０ＭＰａ、９００ＭＰａ、９５０ＭＰａである
点又は試験結果よりこれらの値になるであろうと推定さ
れる点を結んだ線を示している。図５より、マトリック
スとしてのＡｌ合金のＣｕ含有量は３〜６wt％、特に３
〜５wt％であることが好ましく、Ｍｇ含有量は２．２〜
４wt％、特に２．５〜３．５wt％であることが好ましい
ことが解る。
し、各試験片について支点間距離４０mm、室温にて３点
曲げ試験を行った。これらの試験の結果を図５に示す。
尚図５に於て、一点鎖線、実線、破線はそれぞれ曲げ強
さが８５０ＭＰａ、９００ＭＰａ、９５０ＭＰａである
点又は試験結果よりこれらの値になるであろうと推定さ
れる点を結んだ線を示している。図５より、マトリック
スとしてのＡｌ合金のＣｕ含有量は３〜６wt％、特に３
〜５wt％であることが好ましく、Ｍｇ含有量は２．２〜
４wt％、特に２．５〜３．５wt％であることが好ましい
ことが解る。
【００１９】実施例２ マトリックス金属としてＡｌ合金（Ａｌ−４wt％Ｃｕ−
３wt％Ｍｇ）に０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）のＭ
ｎが添加されたＡｌ合金及びＡｌ合金（Ａｌ−４wt％Ｃ
ｕ−３wt％Ｍｇ）に０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）
のＦｅが添加されたＡｌ合金が使用された点を除き、実
施例１の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を形成
し、各複合材料に対しＴ６熱処理を施し、各複合材料よ
り曲げ試験片を形成し、各試験片について実施例１の場
合と同一の要領及び条件にて３点曲げ試験を行った。
３wt％Ｍｇ）に０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）のＭ
ｎが添加されたＡｌ合金及びＡｌ合金（Ａｌ−４wt％Ｃ
ｕ−３wt％Ｍｇ）に０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）
のＦｅが添加されたＡｌ合金が使用された点を除き、実
施例１の場合と同一の要領及び条件にて複合材料を形成
し、各複合材料に対しＴ６熱処理を施し、各複合材料よ
り曲げ試験片を形成し、各試験片について実施例１の場
合と同一の要領及び条件にて３点曲げ試験を行った。
【００２０】これらの試験の結果を図６及び図７に示
す。図６及び図７より、マトリックスとしてのＡｌ合金
のＭｎ含有量は０．４〜０．８wt％、特に０．５〜０．
７wt％であることが好ましく、Ｆｅ含有量は０．２〜
０．６wt％、特に０．３〜０．５wt％であることが好ま
しいことが解る。
す。図６及び図７より、マトリックスとしてのＡｌ合金
のＭｎ含有量は０．４〜０．８wt％、特に０．５〜０．
７wt％であることが好ましく、Ｆｅ含有量は０．２〜
０．６wt％、特に０．３〜０．５wt％であることが好ま
しいことが解る。
【００２１】尚図には示されていないが、マトリックス
金属としてＡｌ合金（Ａｌ−３wt％Ｃｕ−２wt％Ｍｇ）
に０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）のＭｎが添加され
たＡｌ合金及びＡｌ合金（Ａｌ−４wt％Ｃｕ−３wt％Ｍ
ｇ）に０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）のＦｅが添加
されたＡｌ合金が使用された場合にも、図６及び図７に
示された結果と同様の結果が得られた。
金属としてＡｌ合金（Ａｌ−３wt％Ｃｕ−２wt％Ｍｇ）
に０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）のＭｎが添加され
たＡｌ合金及びＡｌ合金（Ａｌ−４wt％Ｃｕ−３wt％Ｍ
ｇ）に０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）のＦｅが添加
されたＡｌ合金が使用された場合にも、図６及び図７に
示された結果と同様の結果が得られた。
【００２２】実施例３ マトリックス金属としてＡｌ合金（Ａｌ−４wt％Ｃｕ−
３wt％Ｍｇ−０．２wt％Ｆｅ）に０．１〜１wt％（０．
１wt％ごと）のＭｎが添加されたＡｌ合金、Ａｌ合金
（Ａｌ−４wt％Ｃｕ−３wt％Ｍｇ−０．６wt％Ｆｅ）に
０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）のＭｎが添加された
Ａｌ合金、Ａｌ合金（Ａｌ−４wt％Ｃｕ−３wt％Ｍｇ−
０．４wt％Ｍｎ）に０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）
のＦｅが添加されたＡｌ合金、Ａｌ合金（Ａｌ−４wt％
Ｃｕ−３wt％Ｍｇ−０．８wt％Ｍｎ）に０．１〜１wt％
（０．１wt％ごと）のＦｅが添加されたＡｌ合金が使用
された点を除き、実施例１の場合と同一の要領及び条件
にて複合材料を形成し、各複合材料に対しＴ６熱処理を
施し、各複合材料より曲げ試験片を形成し、各試験片に
ついて実施例１の場合と同一の要領及び条件にて３点曲
げ試験を行った。
３wt％Ｍｇ−０．２wt％Ｆｅ）に０．１〜１wt％（０．
１wt％ごと）のＭｎが添加されたＡｌ合金、Ａｌ合金
（Ａｌ−４wt％Ｃｕ−３wt％Ｍｇ−０．６wt％Ｆｅ）に
０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）のＭｎが添加された
Ａｌ合金、Ａｌ合金（Ａｌ−４wt％Ｃｕ−３wt％Ｍｇ−
０．４wt％Ｍｎ）に０．１〜１wt％（０．１wt％ごと）
のＦｅが添加されたＡｌ合金、Ａｌ合金（Ａｌ−４wt％
Ｃｕ−３wt％Ｍｇ−０．８wt％Ｍｎ）に０．１〜１wt％
（０．１wt％ごと）のＦｅが添加されたＡｌ合金が使用
された点を除き、実施例１の場合と同一の要領及び条件
にて複合材料を形成し、各複合材料に対しＴ６熱処理を
施し、各複合材料より曲げ試験片を形成し、各試験片に
ついて実施例１の場合と同一の要領及び条件にて３点曲
げ試験を行った。
【００２３】その結果、マトリックスとしてのＡｌ合金
のＭｎ含有量は０．４〜０．８wt％でありＦｅ含有量は
０．２〜０．６wt％であることが好ましく、特にＭｎ含
有量は０．５〜０．７wt％でありＦｅ含有量は０．３〜
０．５wt％であることが好ましいことが解った。
のＭｎ含有量は０．４〜０．８wt％でありＦｅ含有量は
０．２〜０．６wt％であることが好ましく、特にＭｎ含
有量は０．５〜０．７wt％でありＦｅ含有量は０．３〜
０．５wt％であることが好ましいことが解った。
【００２４】実施例４ マトリックス金属としてＡｌ−４wt％Ｃｕ−３wt％Ｍｇ
−０．６wt％Ｆｅ−０．４wt％Ｍｎなる組成を有するＡ
ｌ合金が使用された点を除き、実施例１の場合と同一の
要領及び条件にて複合材料を形成し、各複合材料に対し
Ｔ６熱処理を施し、各複合材料より回転曲げ疲労試験片
を形成し、各試験片について回転数７０００ｒｐｍの条
件にて室温及び２００℃に於て１０7 回の疲労強度を測
定する回転曲げ疲労試験を行った。
−０．６wt％Ｆｅ−０．４wt％Ｍｎなる組成を有するＡ
ｌ合金が使用された点を除き、実施例１の場合と同一の
要領及び条件にて複合材料を形成し、各複合材料に対し
Ｔ６熱処理を施し、各複合材料より回転曲げ疲労試験片
を形成し、各試験片について回転数７０００ｒｐｍの条
件にて室温及び２００℃に於て１０7 回の疲労強度を測
定する回転曲げ疲労試験を行った。
【００２５】その結果、室温及び２００℃に於ける疲労
強度はそれぞれ約２８０ＭＰａ、約２２０ＭＰａであ
り、炭化ケイ素ウイスカ強化Ａｌ合金複合材料の標準的
な疲労強度よりも約１０〜３０％高い値であることが解
った。
強度はそれぞれ約２８０ＭＰａ、約２２０ＭＰａであ
り、炭化ケイ素ウイスカ強化Ａｌ合金複合材料の標準的
な疲労強度よりも約１０〜３０％高い値であることが解
った。
【００２６】［Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さと曲げ強さとの
関係］マトリックス金属の溶湯として湯温７８０℃のＡ
ｌ合金（Ａｌ−４．５wt％Ｃｕ−２．５wt％Ｍｇ−０．
６wt％Ｍｎ−０．４wt％Ｆｅ）の溶湯が使用され、Ｓｉ
3 Ｎ4 被覆層の厚さが０、０．０５〜０．５μm （０．
１μm ごと）に設定され、実施例１の場合と同一の要領
及び条件にて複合材料を形成し、各複合材料に対しＴ６
熱処理を施し、各複合材料より曲げ試験片を形成し、各
試験片について実施例１の場合と同一の要領及び条件に
て３点曲げ試験を行った。
関係］マトリックス金属の溶湯として湯温７８０℃のＡ
ｌ合金（Ａｌ−４．５wt％Ｃｕ−２．５wt％Ｍｇ−０．
６wt％Ｍｎ−０．４wt％Ｆｅ）の溶湯が使用され、Ｓｉ
3 Ｎ4 被覆層の厚さが０、０．０５〜０．５μm （０．
１μm ごと）に設定され、実施例１の場合と同一の要領
及び条件にて複合材料を形成し、各複合材料に対しＴ６
熱処理を施し、各複合材料より曲げ試験片を形成し、各
試験片について実施例１の場合と同一の要領及び条件に
て３点曲げ試験を行った。
【００２７】これらの試験の結果を図８に示す。図８よ
り、高強度の複合材料を得るためにはホウ酸アルミニウ
ムウイスカの表面に形成されるＳｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さ
は０．０５〜０．６μm であることが好ましいことが解
る。尚Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さが０．７μm 以上の場合
にはウイスカの成形体はその形状を維持し得ず、実質的
に曲げ試験片を形成することができなかった。
り、高強度の複合材料を得るためにはホウ酸アルミニウ
ムウイスカの表面に形成されるＳｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さ
は０．０５〜０．６μm であることが好ましいことが解
る。尚Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さが０．７μm 以上の場合
にはウイスカの成形体はその形状を維持し得ず、実質的
に曲げ試験片を形成することができなかった。
【００２８】［ウイスカの体積率と曲げ強さとの関係］
マトリックス金属として湯温７５０℃のＡｌ合金（Ａｌ
−５wt％Ｃｕ−３wt％Ｍｇ）の溶湯が使用され、Ｓｉ3
Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率が１５〜
４５％（５％ごと）に設定された点を除き、実施例１の
場合と同一の要領及び条件にて複合材料を形成し、各複
合材料に対しＴ６熱処理を施し、各複合材料より曲げ試
験片を形成し、各試験片について実施例１の場合と同一
の要領及び条件にて３点曲げ試験を行った。尚ウイスカ
の体積率が１５％未満の場合にはウイスカの成形体を形
成することが困難であった。
マトリックス金属として湯温７５０℃のＡｌ合金（Ａｌ
−５wt％Ｃｕ−３wt％Ｍｇ）の溶湯が使用され、Ｓｉ3
Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率が１５〜
４５％（５％ごと）に設定された点を除き、実施例１の
場合と同一の要領及び条件にて複合材料を形成し、各複
合材料に対しＴ６熱処理を施し、各複合材料より曲げ試
験片を形成し、各試験片について実施例１の場合と同一
の要領及び条件にて３点曲げ試験を行った。尚ウイスカ
の体積率が１５％未満の場合にはウイスカの成形体を形
成することが困難であった。
【００２９】これらの試験の結果を図９に示す。図９よ
り、強度に優れた複合材料を得るためには、Ｓｉ3 Ｎ4
被覆ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率は１５〜４０
％であることが好ましいことが解る。尚マトリックス金
属の溶湯として湯温７８０℃のＡｌ合金（Ａｌ−４．５
wt％Ｃｕ−２．５wt％Ｍｇ−０．６wt％Ｍｎ−０．４wt
％Ｆｅ）の溶湯が使用された場合にも図９に示された結
果と同様の結果が得られた。
り、強度に優れた複合材料を得るためには、Ｓｉ3 Ｎ4
被覆ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率は１５〜４０
％であることが好ましいことが解る。尚マトリックス金
属の溶湯として湯温７８０℃のＡｌ合金（Ａｌ−４．５
wt％Ｃｕ−２．５wt％Ｍｇ−０．６wt％Ｍｎ−０．４wt
％Ｆｅ）の溶湯が使用された場合にも図９に示された結
果と同様の結果が得られた。
【００３０】尚上述の各実施例に於て形成された各複合
材料中のウイスカの界面をＴＥＭ法にて観察したとこ
ろ、ウイスカの界面にスピネルは存在していないことが
確認された。
材料中のウイスカの界面をＴＥＭ法にて観察したとこ
ろ、ウイスカの界面にスピネルは存在していないことが
確認された。
【００３１】以上に於ては本発明を特定の実施例につい
て詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施
例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
て詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施
例が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明より明らかである如く、本発
明によれば、Ａｌ合金マトリックスは３〜６wt％のＣｕ
及び２．２〜４wt％のＭｇ、又は３〜６wt％のＣｕ、
２．２〜４wt％のＭｇ、０．４〜０．８wt％のＭｎ、
０．２〜０．６wt％のＦｅを含有するので、上述の如く
Ｓｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ強化Ａｌ合
金複合材料の曲げ強さの如き強度を向上させることがで
きる。
明によれば、Ａｌ合金マトリックスは３〜６wt％のＣｕ
及び２．２〜４wt％のＭｇ、又は３〜６wt％のＣｕ、
２．２〜４wt％のＭｇ、０．４〜０．８wt％のＭｎ、
０．２〜０．６wt％のＦｅを含有するので、上述の如く
Ｓｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ強化Ａｌ合
金複合材料の曲げ強さの如き強度を向上させることがで
きる。
【００３３】また本発明によれば、繊維強化金属複合材
料の強化材として従来より最も高性能であると考えられ
ている炭化ケイ素ウイスカに比して価格が約１／１０で
あるＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカにてこ
れを強化材とする複合材料と同等又はそれ以上の強度を
有する複合材料を製造することができ、極めてコストパ
フォーマンスに優れた高性能の複合材料を得ることがで
きる。
料の強化材として従来より最も高性能であると考えられ
ている炭化ケイ素ウイスカに比して価格が約１／１０で
あるＳｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカにてこ
れを強化材とする複合材料と同等又はそれ以上の強度を
有する複合材料を製造することができ、極めてコストパ
フォーマンスに優れた高性能の複合材料を得ることがで
きる。
【図１】Ｓｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカの
横断面を示す解図的断面図である。
横断面を示す解図的断面図である。
【図２】ウイスカの解繊工程を示す説明図である。
【図３】ケース内に収容されたウイスカ成形体を示す縦
断面図である。
断面図である。
【図４】図３に示されたウイスカ成形体を用いて行われ
る高圧鋳造工程を示す縦断面図である。
る高圧鋳造工程を示す縦断面図である。
【図５】Ａｌ合金マトリックスのＣｕ含有量を横軸にと
りＭｇ含有量を縦軸にとつて複合材料の曲げ強さを示す
グラフである。
りＭｇ含有量を縦軸にとつて複合材料の曲げ強さを示す
グラフである。
【図６】Ａｌ合金マトリックスのＭｎ含有量と複合材料
の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
【図７】Ａｌ合金マトリックスのＦｅ含有量と複合材料
の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
【図８】Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層の厚さと複合材料の曲げ強さ
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
【図９】ホウ酸アルミニウムウイスカの体積率と複合材
料の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
料の曲げ強さとの関係を示すグラフである。
１０…ホウ酸アルミニウムウイスカ １１…Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層 １０Ａ…Ｓｉ3 Ｎ4 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ １２…蒸溜水 １４…プロペラ １６…錘り １８…ケース ２０…成形体 ２２…高圧鋳造装置 ２４…鋳型 ２６…Ａｌ合金の溶湯 ２８…プランジャ ３０…ノックアウトピン
Claims (2)
- 【請求項１】Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を有するホウ酸アルミニ
ウムウイスカを強化材とする複合材料用Ａｌ合金マトリ
ックスであって、３〜６wt％のＣｕ及び２．２〜４wt％
のＭｇを含有するＡｌ合金マトリックス。 - 【請求項２】Ｓｉ3 Ｎ4 被覆層を有するホウ酸アルミニ
ウムウイスカを強化材とする複合材料用Ａｌ合金マトリ
ックスであって、３〜６wt％のＣｕ、２．２〜４wt％の
Ｍｇ、０．４〜０．８wt％のＭｎ、０．２〜０．６wt％
のＦｅを含有するＡｌ合金マトリックス。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13420292A JPH05302135A (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | Ｓｉ３ Ｎ４ 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ強化複合材料用Ａｌ合金マトリックス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13420292A JPH05302135A (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | Ｓｉ３ Ｎ４ 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ強化複合材料用Ａｌ合金マトリックス |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05302135A true JPH05302135A (ja) | 1993-11-16 |
Family
ID=15122817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13420292A Pending JPH05302135A (ja) | 1992-04-27 | 1992-04-27 | Ｓｉ３ Ｎ４ 被覆ホウ酸アルミニウムウイスカ強化複合材料用Ａｌ合金マトリックス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05302135A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103397282A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-11-20 | 哈尔滨理工大学 | 纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料的制备方法 |
-
1992
- 1992-04-27 JP JP13420292A patent/JPH05302135A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103397282A (zh) * | 2013-08-13 | 2013-11-20 | 哈尔滨理工大学 | 纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料的制备方法 |
| CN103397282B (zh) * | 2013-08-13 | 2015-08-19 | 哈尔滨理工大学 | 纳米氧化锆涂覆硼酸铝晶须/铝基复合材料的制备方法 |
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